Un estudio, con participación del IAC, detecta la galaxia con formación estelar explosiva más distante conocida, que arrancó su producción cuando el universo era muy joven

Mientras la Vía Láctea crea una estrella al año, esta galaxia produce unas 3.000 estrellas en ese mismo periodo de tiempo

El hallazgo supone todo un desafío para las teorías que explican la formación y evolución de galaxias, que estiman que una galaxia de estas características no puede existir tan pronto

La Vía Láctea es capaz de formar una estrella al año, aproximadamente. La nueva galaxia que ha identificado un estudio, con participación del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y de la Universidad de La Laguna (ULL), ‘fabrica’ unas 3.000 en ese mismo periodo de tiempo. Lo significativo de esta nueva gigantesca factoría estelar es que se trata de la galaxia con formación estelar explosiva más distante conocida, que comenzó la producción masiva de estrellas cuando el universo era muy joven, con apenas un 6,5% de su edad actual. El hallazgo supone todo un desafío para las teorías que explican la formación y evolución de galaxias, que estiman que un objeto de estas características no puede existir tan pronto. La investigación, que se ha apoyado en observaciones del Gran Telescopio CANARIAS (GTC) aparece publicada en el último número de la revista ‘Nature’.

En el universo, la luz viaja a través del tiempo. Un suceso –por ejemplo, la formación de una estrella- puede observarse desde La Tierra millones de años después de que ocurriera, debido a su distancia con respecto a nuestro planeta. La posibilidad de ver fenómenos ocurridos cuando el universo estaba prácticamente en pañales ha sido posible gracias a observatorios espaciales. Uno de ellos, el observatorio Herschel de la Agencia Espacial Europea, ha sido clave en esta investigación.

A través de las observaciones obtenidas por la cámara SPIRE del mencionado observatorio, y dentro del proyecto Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES, en su acrónimo inglés), los investigadores detectaron una ‘mancha’ roja que despertó su curiosidad. Su extraña naturaleza quedó refrendada mediante observaciones  posteriores con algunos de los mayores telescopios del mundo, incluidos el GTC y el Telescopio William Herschel, ambos ubicados en el Observatorio del Roque de los Muchachos del IAC en la isla de La Palma. Esta es la conclusión a la que llegaron los investigadores: HFLS3 es una enorme fábrica de estrellas en las que se transforma el polvo y el gas cósmico en nuevas estrellas.

Otro dato que arroja el estudio es que se trata de la galaxia con formación estelar explosiva más distante conocida. “La luz que observamos ahora ha viajado por el universo unos trece mil millones de años. La vemos como era en el universo muy joven, casi recién formado, 880 millones de años después del Big Bang”, explica el investigador del IAC y coautor del estudio, Ismael Pérez Fournon.  

Aunque tiene una masa similar a la de la Vía Láctea, su capacidad de producción estelar en un año es 3.000 veces superior. Con este ritmo, los investigadores concluyen que se convertirá rápidamente en una galaxia de masa similar a las galaxias más masivas conocidas en el universo actual.

Desafío a las teorías actuales

Un objeto cósmico de estas características constituye un enigma. Según las teorías actuales de formación y evolución de galaxias, una galaxia tan masiva no debería existir en una etapa tan temprana del universo. La gran mayoría de las galaxias conocidas en esa época cósmica son mucho más pequeñas,  menos pesadas -con masas de varios miles de millones la del Sol-,  y forman sus primeras estrellas con ritmos varias veces el de la Vía Láctea en nuestros días, pero nunca al nivel de HFLS3.

Las galaxias mayores y más pesadas, las que pueden generar cantidades de estrellas similares a HFLS3, surgen a partir de la fusión de galaxias pequeñas y a la atracción de gas frío del espacio. Por ello, encontrar el momento en que se formaron las galaxias más masivas “es crítico para confrontar y mejorar los modelos de formación de galaxias”, apunta Pérez Fournon.

"La tarea de descubrir los primeros ejemplos de estas enormes factorías de estrellas es comparable a la de buscar una aguja en una pajar, los datos de Herschel son extremadamente ricos pero hay que observar estas galaxias con muchos otros telescopios y técnicas avanzadas para entenderlas bien" comenta el astrofísico del IAC y profesor de la Universidad de La Laguna, que ha dirigido al resto de integrantes del estudio de ambas instituciones: Antonio Cabrera Lavers, Paloma Martínez Navajas, Alina Streblyanska y Patrizia Ferrero.

Una mancha muy roja

De los cientos de miles de galaxias detectados  en el proyecto HerMES de Herschel,  "esta galaxia llamó nuestra atención porque es muy roja en comparación con otras en las tres bandas de observación del instrumento SPIRE", comenta Dominik Riechers, el investigador de la Universidad de Cornell (EEUU) que ha liderado el proyecto.

Paloma Martínez Navajas, astrofísica residente del IAC, abunda en esta cuestión: "En este caso, el color rojo a longitudes de onda del infrarrojo lejano indica una distancia muy grande o, lo que es lo mismo, una edad muy pequeña del universo cuando la luz fue emitida hacia nosotros. Las observaciones que hemos realizado con algunos de los mayores y más avanzados telescopios del mundo han podido confirmar que HFLS3 es la galaxia con formación estelar masiva más distante conocida hasta la fecha".

Con estas observaciones el grupo de investigadores que ha participado en este estudio, 64 investigadores de 32 centros de investigación, ha podido estimar un ritmo de formación de estrellas altísimo a partir del brillo observado en el infrarrojo  y  ha determinado las propiedades extremas de esta galaxia. En el universo actual no existen galaxias similares.

El grupo del IAC, ULL y GTC ha contribuido al estudio de esta galaxia con observaciones en los telescopios GTC, WHT y con los radiotelescopios del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM): el de 30 metros en Sierra Nevada (Granada) y el Interferómetro de Plateau de Bure (Francia). Antonio Cabrera Lavers, astrónomo del GTC, que realizó parte de las observaciones con el instrumento OSIRIS del gran telescopio, comenta que "estas observaciones se encuentran entre las más profundas obtenidas hasta la fecha con GTC y demuestran su potencial  para este tipo de estudios".

Imagen 1 en alta resolución / Pie de foto

Otra perspectiva de la figura representada en Imagen 1

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HFLS3 una enorme factoría de estrellas del universo primitivo
Previsualización y descripción / DESCARGAR VÍDEO (mov, 1280x720p, h264, 28 MB, 25 segundos) Créditos: Gabriel Pérez Díaz, Servicio MultiMedia (IAC)

Telescopios y radiotelescopios que han contribuido al descubrimiento de HFLS3

Previsualización y descripción / DESCARGAR VÍDEO (mov, 1280x720p, h264, 92 MB, 44 segundos) Créditos: Gabriel Pérez Díaz, Servicio MultiMedia (IAC)

Para más información y entrevistas:

Ismael Pérez Fournon (coinvestigador del consorcio SPIRE y del proyecto HerMES)
Correo electrónico: ipf [at] iac.es (ipf[at]iac[dot]es)
Teléfono: (34) 922 605 257

Información adicional: El IAC es miembro del consorcio internacional que ha construido el instrumento SPIRE de Herschel desde su constitución a finales de los años noventa, lo que ha permitido al grupo Herschel/SPIRE del IAC participar en HerMES, el mayor proyecto que se ha llevado a cabo con Herschel, un estudio de diferentes aspectos de la evolución de las galaxias en el universo distante basado en observaciones con las dos cámaras de Herschel: SPIRE y PACS. Las observaciones del proyecto HerMES han permitido descubrir cientos de miles de galaxias infrarrojas en un rango espectral prácticamente desconocido antes del lanzamiento al espacio de Herschel.

• Sobre el proyecto HerMES (Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey, liderado por S. Oliver (Universidad de Sussex, Reino Unido) y  J. Bock (JPL/Caltech, EEUU))
• Sobre Herschel/SPIRE
• Centro Científico de Herschel (basado en ESAC, Villafranca del Castillo, Madrid)

Publicación en Nature: Riechers et al. (2013), Nature  "A Dust-Obscured Massive Maximum-Starburst Galaxy at a Redshift of 6.34"